卷烟机下烟通道的改进方式研究的论文

2021-04-15 论文

　　下烟流动理论分析

　　往复转动的搅动辊将烟支导入下烟通道的同时，对烟支施加有作用力。由于搅动辊为棱柱设计，当烟支脱离搅动辊向下时，与烟支接触的棱柱面角度随机出现，故此作用力的方向亦具有不确定性。烟支在重力和作用力的共同作用下，下落时呈现加速、或减速、或斜向左、或斜向右的多样化运动状态，而烟支下烟通道的间距略大于烟支直径，故烟支在通道内的下落过程并不是有序的自然降落，而是不断地与通道侧壁发生碰撞、反弹和摩擦，产生跳跃式下降，在烟支刚刚进入下烟通道时此现象尤为明显。随着烟支逐渐下落，下烟通道的间距也逐渐变窄，同时受到上方烟支的重力挤压作用，使烟支的下落运动趋于平稳。根据烟支下落时的运动状态，可将下烟通道内的烟支流动情况简化为流体流动模型。根据流体力学原理，若通道断面面积一定，湿周最小时，流量最大［7］。由此可以看出，减少接触面积，即理论意义上的湿周，可以有效减少下烟通道壁板对烟支的粘滞作用，提高烟支的下落速度，同时也可降低因下烟导板壁粘滞导致烟支下落不平衡的概率。

　　改进方法

　　分析烟支下落情况及通道结构可知，在下落过程中，烟支的圆周面和烟支两端面与下烟通道接触的零部件，主要有与烟支圆周接触的两侧下烟导板、与烟支烟丝端接触的连接板及下挡板、与烟支滤嘴端接触的前部有机玻璃门板。综合考虑，仅对烟支圆周和烟丝端的接触面进行了改进。

　　1改进连接板和下挡板

　　连接板是安装下烟导板的基板，同时也是烟支在上半下烟通道中长度方向上的定位板。下挡板则是烟支在下半通道中长度方向上的定位板。由于连接板与烟支的烟丝端相接触，因此在保证连接板定位作用下尽可能减少接触面积，同时在保证下烟通道对烟支的导向作用下，适当扩大下烟通道宽度。图2可见，对应于每一条下烟通道，在连接板上增加宽度为b，深度为t1，的槽，槽的方向与下烟通道方向即烟支流动方向一致，槽中心线与下烟通道中心线重合，图中阴影区域即为烟支烟丝端与连接板接触的区域。开槽参数是关键，开槽宽度应使烟支在槽两侧均能与连接板接触，从而保证连接板的定位作用不致使烟支歪斜，并且要保证烟支最小接触面积，使烟支定位稳定。此外，将连接板和下挡板由分体设计改为连体设计，便于零件安装定位及保证精确度。增加的槽切口不仅能起到减少烟支与连接板接触面积的作用，使烟支下落顺畅，且为烟支尾部脱落的烟丝提供了较大的下落空间，烟丝从槽切口落下，在连接板的导向作用下落入烟丝回收盒，可降低烟丝进入烟支模盒的概率。

　　2改进下烟导板和底板

　　下烟导板是下烟通道的主要零件，主要起烟支左右定位作用。在工作状态下，烟支沿下烟导板侧壁快速下落，下烟导板两侧面分别与左右两边的烟支圆周面相接触，两者之间的相互作用贯穿于烟支从进入下烟通道到下落至底板的整个过程，对烟支下落流动情况影响较大。因此，需要对整个下烟导板两侧面进行改进，在保证下烟导板侧边定位导向作用下尽可能减少接触面积。下烟导板的基本形状为楔形，从结构上考虑，在每片下烟导板的两侧分别增加变截面槽切口，改进前后下烟导板起始端槽切口截面形状及参数见图3，图中粗线为烟支圆周与下烟导板接触的区域。根据下烟导板的楔形变化，在下烟导板末端，槽切口截面收缩为一段线段，中间截面呈线性变化。槽切口的增加使下烟导板侧面由完整的支撑面转变为只有两个支点的支撑架。与连接板的改进要求相似，下烟导板的槽切口应使烟支与导板接触面积尽量小，但又要保证有一定的'接触面积使烟支定位稳定；两个支点的位置及大小的选取应满足烟支下落的平衡性，结构上还应考虑导板的强度及安装要求。此外，在原下烟通道部件中，每组下烟通道的下烟导板是近似等高的，导板最底部到底板上平面的距离略大于烟支直径。改进后下烟通道底部结构见图4，将中间的下烟导板加长，可将落在底板上的烟支分为两组，使底板上面的一排烟支更好地定位，从而有效降低在夹烟、推烟过程中出现的烟支歪斜现象。

　　改进效果

　　烟支直径D=7.7～7.9mm，烟支长度L=70～100mm，对应下烟通道入口宽度B1=9.0～9.2mm，出口宽度B2=8.65～8.85mm。对烟支参数取中间值，即直径D=7.8mm，L=84mm进行改进。对于连接板槽切口，按式（1）取适当放大的下烟通道入口宽度B1=9.45mm，槽宽系数取0.6，计算可得开槽宽度b=4.95mm，取5mm；开槽深度t1取3mm。计算可得烟支与连接板的接触面积减少约70%，同时下烟通道入口宽度B1由9.1mm放大至9.45mm，出口宽度B2由8.75mm放大至9.15mm，通道面积增加约4.4%，有利于烟支的顺畅下落。对于下烟导板槽切口，按式（2）分别取导板宽度L2=75mm，支点跨距L3=60mm，支点长度l=4mm，槽切口起始深度t2=2.3mm。计算可得烟支与下烟导板的接触面积减少约90%；同时加长中间下烟导板，以增加下烟、夹烟、推烟的稳定性。改进设计后的下烟通道见图5。改进后的下烟通道在出口印度尼西亚的ZB45型硬盒硬条包装机组上进行了试验，机器运行状况良好，与原设计相比较，烟支下落顺畅度及稳定性有较大提高。在规定实物试车时间内，因下烟不畅问题导致的停机时间减少了约36%，整机运行效率提高了约3%，提升了卷烟包装质量。

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